基于ANSYS的汽車車架可靠性分析研究(很好很全)

1、鄭州輕工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 基于ANSYS的汽車車架可靠性分析研究 學(xué)生姓名 劉傲鵬 專業(yè)班級(jí) 機(jī)設(shè)06-5 學(xué) 號(hào) 200602010524 院 （系） 機(jī)電工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 李育文（教授） 完成時(shí)間 2010 年 5 月 20 日 鄭州輕工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書題 目 基于ANSYS的汽車車架可靠性分析研究 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 機(jī)設(shè)06-5班 學(xué) 號(hào) 24號(hào) 姓 名 劉傲鵬 主要內(nèi)容：1. 測繪得到一部車架的尺寸，在此基礎(chǔ)上使用Pro/E建模。2. 將實(shí)體模型導(dǎo)入ANSYS，建立車架有限元模型。3. 通過對(duì)有限元模型的動(dòng)靜態(tài)分析，得出該車架的可靠性

2、參數(shù)。基本要求：建立正確的有限元模型對(duì)車架進(jìn)行典型工況的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行可靠性分析，得出車架的可靠性參數(shù)。主要參考資料：1. 汽車可靠性工程基礎(chǔ)2. ANSYS10.0有限元分析自學(xué)手冊(cè)3. ANSYS8.0結(jié)構(gòu)分析及實(shí)例解析4. 汽車現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造完 成 期 限：指導(dǎo)教師簽章： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章： 2010年 03月 01日基于ANSYS的汽車車架可靠性分析研究摘 要本文以長春一汽輕型車廠生產(chǎn)的華凱牌CA5160CLXYK28L5BE3A型倉柵運(yùn)輸車車架為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了靜力和模態(tài)分析，在此基礎(chǔ)上研究了車架的可靠性。車架尺寸在河南名優(yōu)汽配廣場測得，一些重要參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)查得。車

3、架實(shí)體模型在Pro/E中裝配，然后通過接口導(dǎo)入ANSYS中。本文首先建立了以實(shí)體單元為基本單元的車架有限元模型，在此模型基礎(chǔ)上進(jìn)行彎曲和彎扭聯(lián)合工況分析，得到了車架各工況下的應(yīng)力分布，然后對(duì)車架進(jìn)行模態(tài)分析，得到車架的各階固有頻率和固有振型，為以后的高級(jí)動(dòng)應(yīng)力分析做準(zhǔn)備。最后，根據(jù)這些計(jì)算結(jié)果，找出車架最容易破壞的地方，通過這一部分的可靠度研究來分析整個(gè)車架的可靠性。目前人們對(duì)使用這種方法進(jìn)行的車架分析已有很多研究，但是對(duì)使用這種方法進(jìn)行車架分析的過程及一些注意問題研究的還很少，所以就會(huì)導(dǎo)致剛?cè)腴T的一些工程人員使用這種方法進(jìn)行分析時(shí)走很多彎路，甚至得到的結(jié)果是錯(cuò)誤的。本文通過對(duì)車架有限元結(jié)構(gòu)分

4、析來講述分析的過程及注意事項(xiàng)，為有限元分析技術(shù)應(yīng)用于車架設(shè)計(jì)提供了一種規(guī)范化的過程與步驟。關(guān)鍵詞 Pro/E；ANSYS；靜力分析；模態(tài)分析；可靠性Study on Reliability of Frame Based on ANSYSAbstractIn this paper, the static and modal of Changchun FAW Light Vehicle Production Huakai brand CA5160CLXYK28L5BE3A type truck frame is analyzed. Frame size is measured in Henan f

5、amous Auto Plaza, some important parameters through the network to look up. Frame solid model is assembled in Pro / E, and then imported into ANSYS. Frame FEM computation model taking solid as basic unit is established. Based on this model, firstly, static is analyzed and the stress distribution of

6、frame under various static working condition is attained; secondly, modal analysis of frame is carried out and natural frequency and modes of this frame is received， the dynamic stress analysis of future high-level preparation. Finally, according to the results, identify the most easily damaged part

7、s of the frame, and then to evaluate the reliability of this part of the reliability of the entire frame.Now people use this method of frame analysis has been a lot of research, however, the use of this method should be noted that very few people still study area, it will lead to a number of enginee

8、rs has just started to use this method of analysis, taking many detours, and even the results obtained is wrong.Based on the frame finite element analysis to describe the process of analysis and attention are matters for the finite element analysis technology to provide a standardized frame design p

9、rocess and steps.Keywords Pro / E; ANSYS; static analysis; modal analysis; reliability目 錄中文摘要英文摘要1 緒論 11.1 課題的背景 11.2 論文選題的意義與目的 1 1 21.3 有限元法在車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及問題 2車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析的概述 2車架結(jié)構(gòu)有限元模型的形式 2有限元法在車架結(jié)構(gòu)分析中存在的問題 31.4本文的主要研究內(nèi)容 32 ANSYS軟件的介紹 42.1 ANSYS的主要功能 42.2 ANSYS提供的分析類型 42.3 ANSYS的典型分析步驟 5建立有限元模型 5加載求解

10、 6查看求解結(jié)果 72.4本章小結(jié) 73 車架實(shí)體模型的建立 83.1 車架總體介紹 83.2 PRO/ENGINEER基本功能 83.3 模型的簡化 93.5 PRO/E使用經(jīng)驗(yàn) 133.6 本章小結(jié) 154 車架有限元模型的建立 164.1 PRO/E和ANSYS的連接 164.2 單位轉(zhuǎn)換 17單位轉(zhuǎn)換的原因 17單位制問題解決的辦法 174.3 模型的導(dǎo)入 194.4 有限元模型的建立 194.5 BOOLEANS運(yùn)算 22未進(jìn)行Booleans運(yùn)算的分析結(jié)果 22運(yùn)算命令的選擇 254.6干涉問題 25裝配體中有零件干涉將會(huì)出現(xiàn)的問題 26裝配體中零件間發(fā)生干涉后的解決方法 294.

11、7由于鏡像命令而引起的模型損失問題 31模型損失問題的描述 31模型損失問題的解決辦法 324.8本章小結(jié) 325 車架靜力分析 335.1 車架結(jié)構(gòu)有限元分析的類型 335.2 SOLID92單元簡介 335.3 汽車彎曲工況的分析 34 34 385.4 汽車彎扭聯(lián)合工況的分析 40 40 425.5 車架ANSYS靜力分析經(jīng)驗(yàn) 43 43 44 44 44 455.6 本章小結(jié) 466 車架模態(tài)分析 476.1 模態(tài)分析的理論基礎(chǔ) 476.2 車架模態(tài)分析的類型 486.3 兩種狀態(tài)時(shí)的結(jié)果對(duì)比分析 52 52 536.4 模態(tài)分析中的約束問題 646.5 模態(tài)分析中要不要考慮重力 65

12、6.7 本章小結(jié) 667 可靠性分析 677.1 可靠性概述 67 67 67 677.2 常規(guī)設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì) 677.3 ANSYS可靠性分析功能 68 68 69 707.4 車架可靠性 70 70 70 717.5 本章小節(jié) 788 論文總結(jié) 798.1 所做的工作 798.2 需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方 79致 謝 80參考文獻(xiàn) 811 緒論計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)給社會(huì)帶來了深刻的變革，同時(shí)也為工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造提供了強(qiáng)有力工具。汽車產(chǎn)業(yè)屬于高科技產(chǎn)業(yè)，要設(shè)計(jì)生產(chǎn)出性能優(yōu)越、安全可靠的汽車，不應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)分析是根本不可能實(shí)現(xiàn)的。因此，汽車的各個(gè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)部門都非常重視在設(shè)計(jì)制造過程中采用計(jì)

13、算機(jī)技術(shù)。其中，用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的有限元法是近幾十年發(fā)展起來的新的計(jì)算方法和技術(shù)，可以解決以往許多手工計(jì)算無法解決的問題，為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益1。1.1 課題的背景當(dāng)十八世紀(jì)即將卸下帷幕的時(shí)候，出現(xiàn)了一種當(dāng)時(shí)人們都不屑的交通工具。可是誰也沒有想到它會(huì)發(fā)展的那么快，對(duì)現(xiàn)在人們的生活會(huì)有那么大的影響。這種交通工具就是汽車。而當(dāng)時(shí)人們最熱衷的馬車卻早已不見蹤影。百年來的發(fā)展，現(xiàn)在的汽車已經(jīng)超出了交通工具的范疇，正在朝著個(gè)性化的方向發(fā)展。雖然如此，汽車的可靠性還是不容忽視的，如最近豐田汽車（Toyota）發(fā)生的因制動(dòng)腳踏板、電子制動(dòng)主動(dòng)系統(tǒng)所引發(fā)的召回門事件，在常人看來，一方面是由于“豐田

14、”的擴(kuò)張過快，所造成了企業(yè)在發(fā)展的速度上無暇顧及發(fā)展過后的穩(wěn)妥質(zhì)量把握問題；另一方面“豐田”的控制成本讓世界感到驚訝。所以，在“豐田”汽車質(zhì)量問題在北美東窗事發(fā)之際，汽車的可靠性，儼然已經(jīng)成為令人注目的大問題。現(xiàn)代企業(yè)為了發(fā)展，在產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)上就必須短開發(fā)周期，進(jìn)而降低開發(fā)成本，而利用有限元軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析正好滿足企業(yè)的要求。特別是誕生于七十年代的ANSYS軟件，由于其出色的功能和幾乎完美的計(jì)算而席卷了有限元大半個(gè)市場。車架是汽車各總成的安裝基體，它的功能是將發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身等總成連成一輛完整的汽車。在行駛中，它不但要承受汽車各總成的質(zhì)量和有效載荷，而且還要承受行駛時(shí)所產(chǎn)生的各種靜載荷和

15、動(dòng)載荷2。由于現(xiàn)在汽車不斷向著高速化發(fā)展，為了保證安全行駛，所以車架設(shè)計(jì)的可靠性就顯得非常重要了。利用ANSYS軟件對(duì)汽車車架進(jìn)行可靠性分析，可以在設(shè)計(jì)階段判斷車架的壽命薄弱位置，通過修改設(shè)計(jì)可以預(yù)先避免不合理的強(qiáng)度剛度分布。因此，它能夠減少試驗(yàn)樣機(jī)的數(shù)量，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，進(jìn)而降低開發(fā)成本，提高市場競爭力。因此，正是基于以上情況，我選擇了課題基于ANSYS的汽車車架可靠性分析研究作為自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)。希望我的工作對(duì)今后使用ANSYS分析汽車車架可靠性并由此而進(jìn)行的車架設(shè)計(jì)提供理論支持和數(shù)據(jù)參考。1.2 論文選題的意義與目的隨著現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)要求的日益提高，將有限元法運(yùn)用于車架設(shè)計(jì)已經(jīng)成為必然的

16、趨勢(shì)，主要體現(xiàn)在：(1 運(yùn)用有限元法對(duì)初步設(shè)計(jì)的車架進(jìn)行輔助分析將大大提高車架開發(fā)、設(shè)計(jì)、分析和制造的效能和車架的性能3。(2 車架在各種載荷作用下，將發(fā)生彎曲、偏心扭轉(zhuǎn)和整體扭轉(zhuǎn)等變形。傳統(tǒng)的車架設(shè)計(jì)方法很難綜合考慮汽車的復(fù)雜受力及變形情況，有限元法正好能夠解決這一問題4。(3 利用有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，可以得到車架結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。從設(shè)計(jì)上避免車架出現(xiàn)共振的現(xiàn)象。(4 通過可靠性計(jì)算模塊，能預(yù)測產(chǎn)品的可靠度，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及投入市場提供依據(jù)。綜上所述，有限元法已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)的重要工具之一，在汽車產(chǎn)品更新速度越來越快，設(shè)計(jì)成本越來越低和舒適性要求越來越高的今天，對(duì)于提高汽車產(chǎn)品的質(zhì)量、

17、降低產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)制造成本，提高汽車產(chǎn)品在市場上的競爭能力具有重要意義。通過本文的研究，基本達(dá)到以下目的：(1 建立車架結(jié)構(gòu)有限元分析的規(guī)范化步驟，為將有限元技術(shù)應(yīng)用于車架設(shè)計(jì)做好基礎(chǔ)性工作。(2 通過運(yùn)用有限元軟件對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可供車架設(shè)計(jì)有關(guān)人員提供參考。(3 對(duì)所研究的車架進(jìn)行結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)特性分析，為車架的設(shè)計(jì)提供理論支持。(4 講述分析的過程及注意是事項(xiàng)，提供實(shí)際的參考價(jià)值。1.3 有限元法在車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及問題早期車架設(shè)計(jì)采用設(shè)計(jì)和試驗(yàn)交叉進(jìn)行5-6，即在車架結(jié)構(gòu)定型之前往往經(jīng)過多輪設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)面對(duì)的對(duì)象是實(shí)物，需要經(jīng)過樣品制造試驗(yàn)修改再設(shè)計(jì)的往復(fù)，這種方式不可避免地

18、導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)過程周期長，以及人力、物力和財(cái)力資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。那個(gè)時(shí)候車架結(jié)構(gòu)性能計(jì)算是通過將車架簡化成單根縱梁，進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核，由于很多梁是變截面的，這樣就不得不在變截面處使用多根梁來模擬，這種方法算得的結(jié)果誤差很大。接著提出的車架結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算方法，但是只能計(jì)算純扭轉(zhuǎn)工況，不能考慮車架的實(shí)際工況，并且計(jì)算比較復(fù)雜，工作量大，在實(shí)際運(yùn)用中存在著很大的困難。后來，人們將比較設(shè)計(jì)的思想應(yīng)用于車架設(shè)計(jì)中。這種設(shè)計(jì)方法是以同一類型的成熟樣車為參考來進(jìn)行車架的設(shè)計(jì)，由于這樣的對(duì)照設(shè)計(jì)考慮的因素比較少并且設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品比較安全，所以目前依然是車架結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)的主要方法，但是，這種方法可能造成車架各處強(qiáng)

19、度不均勻，某些局部強(qiáng)度富裕較大，產(chǎn)生材料浪費(fèi)等現(xiàn)象。20世紀(jì)60年代以來，由于電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，有限元法在工程上獲得了廣泛應(yīng)用7-12。有限元法不需要對(duì)所分析的結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格的簡化，既可以考慮各種計(jì)算要求和條件，也可以計(jì)算各種工況，而且計(jì)算精度高。有限元法將具有無限個(gè)自由度的連續(xù)體離散為有限個(gè)自由度的單元集合體，使問題簡化為適合于數(shù)值解法的問題。只要確定了單元的力學(xué)特性，就可以按照結(jié)構(gòu)分析的方法求解，使分析過程大為簡化，配以計(jì)算機(jī)就可以解決許多解析法無法解決的復(fù)雜工程問題。目前，有限元法已經(jīng)成為求解數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)以及工程問題的一種有效的數(shù)值方法13。有限元分析是用一組離散化的單元集合來代替

20、連續(xù)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的，這種單元集合體稱為有限元模型14。如果已知各個(gè)單元的剛度特性，就可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)的變形連續(xù)條件和平衡條件推出結(jié)構(gòu)的特性并研究其性能。由于有限元法是一種近似的數(shù)值方法，其計(jì)算結(jié)果是近似解，精度主要取決于離散化誤差。因此，有限元模型的建立是進(jìn)行有限元分析的關(guān)鍵性一步。根據(jù)采用的單元形式，車架有限元模型可以分為梁單元模型、板殼單元模型和實(shí)體單元模型。梁單元模型將車架簡化為一組兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的梁單元組成的框架結(jié)構(gòu)，用梁單元的截面特性反映車架的實(shí)際結(jié)構(gòu)特性。這種結(jié)構(gòu)單元和節(jié)點(diǎn)數(shù)目少，計(jì)算速度快；但是計(jì)算精度低，而且不能處理應(yīng)力集中問題。梁單元模型適用于車架結(jié)構(gòu)的初步方案設(shè)計(jì)。板殼單元模型用板

21、殼單元將車架的縱、橫梁及連接板進(jìn)行離散化，用板殼單元的厚度描述零件的厚度。這種結(jié)構(gòu)單元準(zhǔn)確的描述了形狀復(fù)雜的車架結(jié)構(gòu)，大大提高了有限元分析的精度，能夠處理連接部位的應(yīng)力問題；但是這種模型單元與節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多，前處理工作量大，需要計(jì)算機(jī)內(nèi)存大，計(jì)算速度慢。板殼單元模型適用于對(duì)車架分析精度要求較高的場合。實(shí)體單元模型能夠很好地分析車架縱梁和橫梁連接處的應(yīng)力變化情況，但是用作模態(tài)分析時(shí)，往往存在剛性過大現(xiàn)象3。(1 采用適當(dāng)?shù)挠邢拊Ｐ停瑢?duì)汽車車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析和模態(tài)分析正在成為一種常用的分析手段，但對(duì)汽車車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元?jiǎng)恿憫?yīng)分析的研究目前還很不成熟。15(2 可靠性要求已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)的

22、重要任務(wù)。如何在設(shè)計(jì)階段估算車架的可靠性已成為急需解決的問題。(3 采用實(shí)體單元建立的車架有限元模型，板殼之間的鉚釘及螺栓連接的模擬形式對(duì)于汽車車架結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果有較大的影響，如何建立這種連接方式是一個(gè)值得探討的問題。(4 近些年來，大多數(shù)國內(nèi)汽車廠家已花巨資購買了各種與有限元分析相關(guān)的商業(yè)化軟件。這些軟件功能完備，精度高，以及通用性和可靠性好，如何學(xué)習(xí)、消化與吸收花巨資引進(jìn)的軟件，為我所用，是實(shí)際工作必須面對(duì)的問題，對(duì)于汽車車架結(jié)構(gòu)有限元分析更是如此15。1.4 本文的主要研究內(nèi)容ANSYS是大型的通用有限元軟件，其功能強(qiáng)大，可靠性好，具有強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)分析能力和優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，因而被國外大多數(shù)汽

23、車公司所采用。本文將基于ANSYS建立車架結(jié)構(gòu)的有限元模型，對(duì)汽車車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力和動(dòng)力分析。首先，對(duì)ANSYS進(jìn)行了簡要的介紹，為車架結(jié)構(gòu)的有限元分析做好準(zhǔn)備工作；然后，以長春一汽輕型車廠生產(chǎn)的華凱牌CA5160CLXYK28L5BE3A型倉柵運(yùn)輸車車架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，利用Pro/E建立了車架結(jié)構(gòu)實(shí)體單元模型，然后導(dǎo)入ANSYS對(duì)結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行深入研究，對(duì)車架進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)，并給出一些分析步驟和一些實(shí)用技巧及注意事項(xiàng)。2 ANSYS軟件的介紹ANSYS公司是由美國著名力學(xué)專家美國匹茲堡大學(xué)力學(xué)系教授John Swanson博士于1970年創(chuàng)建并發(fā)展起來的，是目前世界CAE行業(yè)中最大的

24、公司。經(jīng)過30多年的發(fā)展，ANSYS軟件不斷發(fā)展提高，目前已發(fā)展到12.0版本14。在汽車行業(yè)中，ANSYS廣泛應(yīng)用于各大汽車總成，包括車架、車身、車橋、離合器、輪胎、殼體等零部件以及整車的通過性和平順性的分析，大大提高了汽車的設(shè)計(jì)水平，正在成為設(shè)計(jì)計(jì)算的強(qiáng)有力工具之一。2.1 ANSYS的主要功能ANSYS有限元軟件包是一個(gè)多用途的有限元法計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。因此它可應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域：航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)器械等。軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊前處理

25、模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型。ANSYS的前處理模塊主要有兩部分內(nèi)容：實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分。分析計(jì)算模塊分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。后處理模塊后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了200種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)

26、和材料。2.2 ANSYS提供的分析類型ANSYS軟件提供的分析類型如下：結(jié)構(gòu)靜力分析用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析用來求解隨時(shí)間變化的載荷對(duì)結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動(dòng)力分析要考慮隨時(shí)間變化的力載荷以及它對(duì)阻尼和慣性的影響。ANSYS可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析。結(jié)構(gòu)非線性分析結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成

27、比例變化。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。動(dòng)力學(xué)分析ANSYS程序可以分析大型三維柔體運(yùn)動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的積累影響起主要作用時(shí)，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運(yùn)動(dòng)特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。熱分析程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。熱傳遞的三種類型均可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱結(jié)構(gòu)耦合分析能力。電磁場分析主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、電路和能量損失等。還可用于

28、螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設(shè)計(jì)和分析領(lǐng)域。流體動(dòng)力學(xué)分析ANSYS流體單元能進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和通過每個(gè)單元的流率。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對(duì)流換熱效應(yīng)。聲場分析程序的聲學(xué)功能用來研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。這些功能可用來確定音響話筒的頻率響應(yīng)，研究音樂大廳的聲場強(qiáng)度分布，或預(yù)測水對(duì)振動(dòng)船體的阻尼效應(yīng)。壓電分析用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對(duì)AC（交流）、DC

29、（直流）或任意隨時(shí)間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能分析?？蛇M(jìn)行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析。2.3 ANSYS的典型分析步驟該項(xiàng)工作并不是必須要求做的，但是做對(duì)多個(gè)工程問題進(jìn)行分析時(shí)推薦使用工作文件名和工作標(biāo)題。文件名是用來識(shí)別ANSYS作業(yè)的，通過為分析的工程指定文件名，可以確保文件不被覆蓋。如果用戶在分析開始沒有定義工作文件名，則所有的文件名都被默認(rèn)地設(shè)置為file。ANSYS的工作文件名可以通過如下方式進(jìn)行改寫：一是進(jìn)入ANSYS時(shí)通過入口選項(xiàng)進(jìn)行修改；二是進(jìn)入ANSYS后，

30、可以通過以下命令或菜單方式進(jìn)行修改：Command:FILNAMEGUI:Main Menu-File-Change Jobname用下列命令或菜單方式定義工作標(biāo)題：command:TITLEGUI:Utility Menu-File-Change TileANSYS提供了將近200種不同的單元類型，每一種單元類型都有自己特定的編號(hào)和單元類型名，如PLANE182、SOLID90、SHELL208等；單元關(guān)鍵字定義了單元的不同特性，如軸對(duì)稱，平面應(yīng)力等，用戶需根據(jù)需要選擇相應(yīng)的單元類型，并設(shè)置其關(guān)鍵字。隨著版本的不斷升級(jí)，有些老的單元被停用和新的單元被添加。用下列命令或菜單方式定義單元類型：C

31、ommand:ETGUI:Main Menu-Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete用下列命令或菜單方式定義單元關(guān)鍵字：Command:KEYOPTGUI:Main Menu-Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete實(shí)常數(shù)指某一單元的補(bǔ)充幾何特征，如單元的厚度、梁的橫截面積和慣性矩等，指定了單元類型之后，應(yīng)根據(jù)單元類型指定相應(yīng)的實(shí)常數(shù)。用下列命令或菜單方式定義單元實(shí)常數(shù)：Command:RGUI:Main Menu-Preprocessor-Real Constants-Add/Edit/Delte在所有的分

32、析中都要輸入材料屬性，材料屬性根據(jù)分析問題的物理環(huán)境不同而不同。如在結(jié)構(gòu)分析中必須輸入材料的彈性摸量、泊松比；在熱結(jié)構(gòu)耦合分析中必須輸入材料的熱導(dǎo)、線膨脹系數(shù)；如果在分析工程中需要考慮重力、慣性力，則必須要輸入材料的密度。用下列命令或菜單方式定義材料屬性：Command:MP、TBGUI:Main Menu-Preprocessor-Material PropsANSYS定義了上百種材料模型，用戶只需要按照模型格式輸入相關(guān)數(shù)據(jù)即可定義常用材料和某些特定材料的材料屬性。除了磁場分析之外，在輸入數(shù)據(jù)時(shí)用戶不需要指定ANSYS所用的單位，但要注意確保所輸入量的單位必須保持統(tǒng)一。ANSYS提供了下列生

33、成模型的方法：用ANAYS直接創(chuàng)建實(shí)體模型和輸入在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)創(chuàng)建的模型，本文采用第二種方法，在Pro/E中創(chuàng)建模型。然后導(dǎo)入。采用實(shí)體建模有自底向上建模和自頂向下建模兩種方法。所謂自底向上建模是指先定義關(guān)鍵點(diǎn)，然后利用關(guān)鍵點(diǎn)定義較高級(jí)的實(shí)體圖元（即線、面和體）；而自頂向下建模是指生成體素，屬于該體素的較低級(jí)圖元會(huì)由ANSYS自動(dòng)生成。在實(shí)體建模的過程中，這兩種建模技術(shù)可以自由組合。有限元模型是將幾何模型劃分為有限個(gè)單元，單元間通過節(jié)點(diǎn)相連接，在每個(gè)單元和節(jié)點(diǎn)上求解物理問題的近似解。在有限元模型建立之后，可以運(yùn)用SOLUTION處理器定義分析類型和分析選項(xiàng)，施加載荷，指定載荷步長，進(jìn)行求

34、解。具體步驟如下：ANSYS的分析類型包括：靜態(tài)、瞬態(tài)、調(diào)諧、模態(tài)、譜分析、撓度和子結(jié)構(gòu)分析等，用戶可以根據(jù)需要解決的工程問題進(jìn)行選擇。ANSYS的載荷可分為六大類：位移約束、力、表面分布載荷、體積載荷、慣性載荷、耦合場載荷。這些載荷大部分可以施加到集合模型上，包括關(guān)鍵點(diǎn)、線和面；也可以施加到有限元模型上，包括單元和節(jié)點(diǎn)。載荷步選項(xiàng)的功能是對(duì)載荷步進(jìn)行修改和控制，包括對(duì)子步數(shù)、步長和輸出控制等。程序計(jì)算完成之后，可以通過通用后處理POST1和時(shí)間歷程后處理POST26查看求解結(jié)果。POST1用于查看整個(gè)模型或部分模型在某一時(shí)間步的計(jì)算結(jié)果，POST26后處理器用于查看模型的特定點(diǎn)在所有時(shí)間步內(nèi)

35、的計(jì)算結(jié)果。2.4 本章小結(jié)對(duì)有限元分析軟件ANSYS的發(fā)展過程、特點(diǎn)及功能進(jìn)行了簡要的概述，并對(duì)ANSYS的典型分析步驟做了介紹，為以后應(yīng)用該軟件做好了準(zhǔn)備。3 車架實(shí)體模型的建立由于ANSYS對(duì)復(fù)雜模型的創(chuàng)建十分困難，所以在做本課題時(shí)采用在Pro/E中裝配車架實(shí)體模型，然后導(dǎo)入ANSYS通過前處理模塊的操作使實(shí)體模型成為有限元模型。該車架的尺寸在河南名優(yōu)汽配廣場測得。3.1 車架總體介紹該車架是典型的邊梁式結(jié)構(gòu)，主要由4根縱梁及八根橫梁組成。整個(gè)車架前后等寬，車架長8241mm，寬870mm。車架的材料為16Mn。縱梁和橫梁之間為鉚釘連接。第4、5、6、7根橫梁和內(nèi)縱梁通過厚5mm的加強(qiáng)板

36、鉚接。該車架的實(shí)物圖如圖3.1。圖3.1華凱牌CA5160CLXYK28L5BE3A型倉柵運(yùn)輸車車架實(shí)物圖3.2 Pro/Engineer基本功能Pro/Engineer，簡稱Pro/E，是由美國PTC公司開發(fā)的大型三維CAD/CAE/CAM一體化產(chǎn)品造型系統(tǒng)。Pro/E能夠完成特征建模、參數(shù)化設(shè)計(jì)、零件實(shí)體造型及裝配造型、完整工程圖產(chǎn)生等工作。通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式，Pro/E可以輸出三維或二維圖形用于其它應(yīng)用軟件。使用Pro/E配置的開發(fā)模塊或利用C語言，用戶也可以擴(kuò)展與增強(qiáng)Pro/E的功能。Pro/E的基本功能是：(1 特征建模在Pro/E中，特征是組成模型的基本單位，如：凸臺(tái)、槽、倒角、

37、腔、殼等特征。模型創(chuàng)建過程就是按照一定順序以“搭積木”的方式添加各類特征的過程，通過構(gòu)建不同的特征建立幾何模型。(2 參數(shù)化設(shè)計(jì)參數(shù)化設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)者只需抓住圖形的某一個(gè)典型特點(diǎn)繪出圖形的大致形狀，通過向圖形添加適當(dāng)?shù)募s束條件規(guī)范其形狀，最后修改圖形的尺寸數(shù)值，經(jīng)過系統(tǒng)再生即可獲得需要的圖形。(3 支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)Pro/E支持大型、復(fù)雜組合件的構(gòu)造和管理，可以利用一些直觀的命令，如“嚙合”、“插入”、“對(duì)齊”等，將基本零件裝配起來，形成組合件。(4 整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)完全相關(guān)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程，Pro/E各個(gè)模塊共享模型的數(shù)據(jù)庫文件，在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處數(shù)據(jù)修改了，整個(gè)設(shè)計(jì)中的所有相關(guān)

38、數(shù)據(jù)也隨之自動(dòng)修改16。3.3 模型的簡化車架是一個(gè)大型復(fù)雜的裝配體，如果不做一些優(yōu)化就進(jìn)行整體分析，不但實(shí)體建模費(fèi)時(shí)，而且在ANSYS的環(huán)境下劃分網(wǎng)格就更困難，求解也要耗費(fèi)更多的時(shí)間，這樣得到的結(jié)果顯然不經(jīng)濟(jì)，甚至就求解不了，因?yàn)槲唇?jīng)簡化的模型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，越是復(fù)雜就越容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤。如果結(jié)構(gòu)經(jīng)過合理簡化，不需要耗太多工夫而得到的結(jié)果同樣很準(zhǔn)確。做本課題時(shí)簡化的構(gòu)件有：(1 忽略所有的倒角。比如縱梁和橫梁等上的所有圓角過渡。如圖3.2 。圖3.2 車架縱梁和橫梁斷面形狀的處理(2 忽略縱梁和橫梁上所有直徑較小的孔。這些孔有些是裝配孔，有些是防止應(yīng)力集中的孔等。span(3 忽略所有的螺栓和鉚

39、釘。這些小部件在ANSYS中分網(wǎng)極其困難，并且需要很多單元來模擬，如果不是專門進(jìn)行這些連接處分析，則不值得建這些零部件。(4 去掉一些不影響整體車架性能的零部件。比如備胎和油箱的支架、橫梁上傳動(dòng)軸的支架等車架附屬件，如果對(duì)懸架使用彈簧和剛性桿單元模擬或者是通過指定位移模擬，則可忽略減震器的建模(5 簡化一些零件的建模。比如前后鋼板彈簧支架的建模，由于這些零部件都是鑄造的，形狀很復(fù)雜，我們只需根據(jù)其受力特點(diǎn)建出簡化模型即可。3.4 建模過程根據(jù)實(shí)地測量的華凱牌CA5160CLXYK28L5BE3A型倉柵運(yùn)輸車車架的各個(gè)零件的尺寸，創(chuàng)建各個(gè)零件。表1.1為該車的一些參數(shù)。表3.1 CA5160整車

40、的一些重要參數(shù)2012年7發(fā)動(dòng)機(jī)功率(kw：9 ： 00-12 發(fā)動(dòng)機(jī)排量：下午：13：4752 00第二天(kw： 00-12：00 培訓(xùn)時(shí)長】第一天105 名稱數(shù)值車輛外形長 (mm8980車輛外形寬 (mm2490車輛外形高 (mm3740貨廂長 (mm6700貨廂寬 (mm2300貨廂高 (mm600整備質(zhì)量（ 肯、日立光電、豐田汽車、中芯國際、立邦涂料、YKK、江鈴汽車、東風(fēng)朝柴、友達(dá)光電,江6310, 客戶滿意率 95%以上總質(zhì)量 Kg）培訓(xùn)時(shí)間】：全年循環(huán)開課，更多培訓(xùn)時(shí)間請(qǐng)聯(lián)系！2012年5月19-20 年9000月1-2日深圳 2012年6月5610(日上海（后）00 下午：

41、13：30-17：【適合對(duì)象】企業(yè)廠長、制造業(yè)生產(chǎn)總監(jiān)、生產(chǎn)經(jīng)理、車間主任及生產(chǎn)制造主管及一線干部2【報(bào)名咨詢】敖先生(07558622 2415 移動(dòng)電話： 135 1093 6819 在線： 4763 04896 節(jié) 的簡化處理思路，共創(chuàng)建 （課程咨詢） 個(gè)零件，各零件的名稱列于表 】華晟培訓(xùn) 表3.2 簡化后的車架零件和零件的數(shù)量【報(bào)名回執(zhí)左內(nèi)縱梁本公司共有_人參加_年_月_日于_第一根橫梁參加人員第六根橫梁與縱梁槽型連接板手機(jī)號(hào)碼前鋼板彈簧滑板端支架右外縱梁訓(xùn)地址】1右內(nèi)縱梁_的培訓(xùn)，報(bào)名人員如下： 【培訓(xùn)費(fèi)用1980左外縱梁元/人11單位名稱1經(jīng)辦人員第二根橫梁1第三根橫梁（發(fā)動(dòng)機(jī)后

42、懸置梁）1第四根橫梁1第四根橫梁與縱梁槽型連接板2第五根橫梁傳真號(hào)碼1第五根橫梁與縱梁槽型連接板2第六根橫梁12第七根橫梁姓名1第七根橫梁與縱梁槽型連接板2職務(wù)第八根橫梁12郵箱2后鋼板彈簧滑板端支架2后鋼板彈簧固定端支架2后副鋼板彈簧支架4車廂緊固角鋼4將這36個(gè)零件在Pro/E的組件環(huán)境下裝配成如圖和3.4的車架實(shí)體模型。圖3.3 車架的整體視圖圖3.4 車架的三維實(shí)體模型因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)后懸置梁和外縱梁的建模過程有一些非常簡單的過程，所以這里簡要說明一下(1 發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置梁的建模過程Ø 插入掃描伸出項(xiàng)，繪制如圖3.5的掃描軌跡。圖3.5 發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置梁的草繪軌跡Ø 然后畫出

43、截面形狀，最后得到發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置梁的實(shí)體模型，如圖3.6 。圖3.6 可見只要一個(gè)掃描命令即可建成發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置梁的實(shí)體模型，如果使用拉伸命令則會(huì)很麻煩，所以在建模前不要盲目下手，先思考模型的特點(diǎn)，這樣反而會(huì)節(jié)省很多時(shí)間。(2 左外縱梁的建模過程Ø 使用拉伸命令創(chuàng)建如圖3.7所示的實(shí)體圖3.7 使用拉伸命令創(chuàng)建的左外縱梁Ø 然后使用抽殼命令一步生成左外縱梁，注意抽殼時(shí)在參照里把三個(gè)不要的面全部選中，這樣才能抽成圖3.8的樣子。圖3.8 左外縱梁模型的局部視圖3.5 Pro/E使用經(jīng)驗(yàn)(1 Pro/E的啟動(dòng)速度很慢，為了加快啟動(dòng)速度，可選擇：工具定制屏幕 瀏覽器，改為不選，或則干

44、脆讓瀏覽器打開空頁面，設(shè)置方法為在配置文件中設(shè)置：web_browser_homepage :BLANK (2 設(shè)置一個(gè)啟動(dòng)目錄。這雖然是一個(gè)常識(shí)問題，但還是很多人沒有注意到。啟動(dòng)目錄是啟動(dòng)Pro/E后軟件默認(rèn)的工作目錄所在的位置，如果不進(jìn)行修改的話，那么設(shè)計(jì)的文件都將會(huì)缺省保存在這個(gè)位置，很不方便查找和保存。(3 要養(yǎng)成經(jīng)常拭除不顯示的文件。如果使用Pro/E時(shí)間比較長，就會(huì)發(fā)現(xiàn)電腦運(yùn)行速度很慢，原來關(guān)閉窗口后，以前所有的文件還在內(nèi)存中，這是要我們手動(dòng)釋放這些內(nèi)存的。有時(shí)我們發(fā)現(xiàn)修改一個(gè)零件后并沒有保存，但是打開這個(gè)零件后發(fā)現(xiàn)是修改后的樣子，原來Pro/E使用的是暫存在內(nèi)

45、存中最后修改的文件，這樣非常容易造成當(dāng)我們?cè)俅未蜷_電腦時(shí)發(fā)現(xiàn)有些零件還是修改前的樣子，所以一定要養(yǎng)成經(jīng)常拭除不顯示的文件，一方面為了Pro/E的速度，另一方面為了減少出錯(cuò)的機(jī)會(huì)。(4 Pro/E經(jīng)常會(huì)由于種種原因自動(dòng)關(guān)閉，所以應(yīng)養(yǎng)成建模過程經(jīng)常保存的習(xí)慣。(5 繪圖時(shí)，要培養(yǎng)使用鼠標(biāo)右鍵的習(xí)慣，Pro/E會(huì)自動(dòng)判斷何種環(huán)境下會(huì)有什么樣的菜單命令。(6 當(dāng)要打開一個(gè)組件中的一個(gè)零件時(shí)，點(diǎn)瀏覽，在瀏覽窗口再點(diǎn)這個(gè)零件，然后這個(gè)零件就會(huì)單獨(dú)出現(xiàn)在瀏覽窗口，就可以直接打開了。(7 在裝配零件時(shí)，如果最后一個(gè)約束出現(xiàn)約束無效的提示時(shí)，這時(shí)不必刪除約束重裝，也不需要考慮需要什么約束，只需要在約束框的下拉列

46、表中選擇另一個(gè)就能完全約束了。這里以第一根橫梁的裝配為例來說明。當(dāng)前兩個(gè)約束關(guān)系確定后，最后這個(gè)關(guān)系不用選擇，直接選擇要約束的元素，這時(shí)如果出現(xiàn)圖3.9的情況，可按照?qǐng)D3.10的做法，然后就會(huì)出現(xiàn)圖3.11完全約束的提示。圖3.9 系統(tǒng)提示約束無效圖3.10 處理約束無效的方法圖3.11 完全約束的第一根橫梁3.6本章簡要介紹了Pro/EPro/E中創(chuàng)建了該車架的全部零件，然后在裝配環(huán)境下得到車架的實(shí)體模型。4 車架在Pro/E中裝配成實(shí)體模型后，必須導(dǎo)入到ANSYS中賦予屬性，劃分了單元才是有限元模型。本章講述車架有限元模型的創(chuàng)建。4.1 Pro/E和ANSYS的連接在運(yùn)行ANSYS11.0

47、安裝程序的時(shí)候，選擇連接的軟件Pro/E，如圖4.1然后選擇Pro/E的安裝路徑，如圖4.2。圖4.1選擇Pro/E 圖4.2 選擇Pro/E的安裝路徑安裝完成后，找到你安裝盤:Program FilesANSYS Incv110AISOLCAD IntegrationProEProEPagesconfig，用記事本打開WBPlugInPE.dat文件，對(duì)照下面的代碼，把缺少的斜體代碼加進(jìn)去。NAME WB110PluginProWF EXEC_FILE $AWP_ROOT110AISOLCAD IntegrationProE$ANSYS_SYSDIRWBPlugInPEU.dll TEXT_

48、DIR $AWP_ROOT110AISOLCAD IntegrationProEProEPagesLanguage$AWP_LOCALE110 STARTUP dll delay_start FALSE allow_stop TRUE unicode_encoding FALSE REVISION ProEWildfire END name ac4pro110dll exec_path $AWP_ROOT110ANSYSac4binpro$ANSYS_SYSDIRac4pro.exe text_path $AWP_ROOT110ANSYSac4dataprotext STARTUP dll d

49、elay_start FALSE allow_stop TRUE unicode_encoding FALSErevision 24.0 end現(xiàn)在打開Pro/E，在菜單欄就會(huì)出現(xiàn)ANSYS11.0的菜單，如圖4.3圖4.3Pro/E中的菜單4.2 單位轉(zhuǎn)換在Pro/E中無論是出零件還是裝配體，所采用的單位基本上都是公制，即mmns 。而在ANSYS中分析時(shí)，往往不注意單位。當(dāng)結(jié)合這兩款軟件作分析時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)分析的結(jié)果嚴(yán)重失常。究其原因，ANSYS中原來并沒有單位，只要把單位統(tǒng)一就不會(huì)出現(xiàn)問題。比如長度為mm，時(shí)間為sec時(shí)，那么輸入重力加速度g就只能是9800了，而如果輸入9.800，其分析的

50、結(jié)果可想而知了。再比如在Pro/E里面采用的長度單位是米，那么彈性模量的單位就是Pa ，如果在ANSYS中再把彈性模量的單位當(dāng)做MPa ，結(jié)果肯定偏離的厲害，其它物理量也是類似情況。所以為了保證我們分析得到的是正確的結(jié)果，有下面2中方法：(1 建模時(shí)只確定幾個(gè)物理量的單位，在ANSYS中輸入?yún)?shù)的時(shí)候，將所有物理量的單位都依照確定量的單位做相應(yīng)轉(zhuǎn)化。這里簡稱這種方法為統(tǒng)一法。(2 建模時(shí)就使用國際單位，在ANSYS中輸入?yún)?shù)的時(shí)候，所有物理量的單位都按照國際單位。這里簡稱這種方法為標(biāo)準(zhǔn)法。顯而易見，標(biāo)準(zhǔn)法簡單、工作量小、易于讀懂結(jié)果數(shù)據(jù)而且不易出錯(cuò)。所以本課題在將車架實(shí)體模型導(dǎo)入ANSYS分析

51、前，先把裝配體中的單位轉(zhuǎn)化為國際標(biāo)準(zhǔn)單位。具體步驟如下：在Pro/E中選擇“編輯設(shè)置單位”，然后新建單位制，全部采用國際標(biāo)準(zhǔn)單位制，即長度：m ；質(zhì)量：kg ；時(shí)間：sec ；溫度：k ；如圖4.4所示。圖4.4 在Pro/E中新建單位制 圖4.5 Pro/E中改變模型單位對(duì)話框圖4.6單位轉(zhuǎn)換前車架的寬度 圖4.7單位轉(zhuǎn)換后車架的寬度圖4.8切換到國際單位制后ANSYS的單位 圖4.9數(shù)據(jù)導(dǎo)入ANSYS時(shí)的確認(rèn)框再啟動(dòng)ANSYS Geom ，導(dǎo)入模型后，首先運(yùn)行“/units,si”，把系統(tǒng)單位制切換到國際單位制。運(yùn)行“/status,units”查看單位，如圖4.8所示：至此，將在Pro/

52、E中所裝配的車架導(dǎo)入ANSYS分析時(shí)，出現(xiàn)的由于單位制導(dǎo)致的分析結(jié)果異常問題已經(jīng)解決。4.3 模型的導(dǎo)入裝配好的車架經(jīng)過檢查沒問題后，首先進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換，然后在Pro/E的菜單中依次選擇ANSYS11.0>ANSYS Geom,啟動(dòng)ANSYS，在出現(xiàn)的如圖4.9的消息框點(diǎn)擊OK，然后在ANSYS的菜單里依次選取Plot>Volumes,這時(shí)車架即顯示在了ANSYS的圖像顯示窗口里。4.4 有限元模型的建立 導(dǎo)入模型后，先將ANSYS的工作環(huán)境設(shè)置在國際標(biāo)準(zhǔn)單位制下。由于這一步?jīng)]有GUI操作，所以只能在命令框里輸入“/status,units” 。根據(jù)車架實(shí)際受力情況和各單元的特性，我

53、們選擇SOLID92單元作為車架裝配體所有零件分網(wǎng)時(shí)的單元賦予類型，圖4.10為選擇的單元類型。圖4.10 選擇的SOLID92單元定義材料屬性，車架的材料為16Mn ，其彈性模型為2.06×1011Pa，泊松比為0.29，密度為7.85×103 Kg/m3圖4.11 定義材料彈性模量和泊松比 圖4.12 定義材料密度使用Overlap命令將車架各零件連接成一個(gè)相互聯(lián)系的整體。圖4.13為體Overlap對(duì)話框，單擊Pick all即可。這時(shí)發(fā)現(xiàn)各個(gè)零件的編號(hào)比較亂，可以使用壓縮編號(hào)命令選擇將所有元素編號(hào)壓縮一下，圖4.14為壓縮編號(hào)后的車架模型圖4.13 體Overlap

54、拾取對(duì)話框 圖4.14 壓縮編號(hào)后的車架模型劃分網(wǎng)格。圖4.15為分網(wǎng)前的單元賦予工作，當(dāng)定義有不同單元或是不同實(shí)常數(shù)時(shí)必須操作這一步，這里可以省略。圖4.16為定義的單元尺寸大小，圖4.17為分網(wǎng)后，車架被離散成一個(gè)個(gè)連續(xù)的單元。這里之所以要定義單元尺寸，是因?yàn)檐嚰苣Ｐ捅容^復(fù)雜，使用其它分網(wǎng)方法比較困難，使用自由劃分時(shí)，如果再設(shè)置一下單元尺寸，將會(huì)很好地控制單元的數(shù)量。圖4.15單元屬性分配對(duì)話框圖4.16 定義單元尺寸對(duì)話框圖4.17 分網(wǎng)后的車架單元局部圖至此，實(shí)體車架模型已被離散成有數(shù)學(xué)意義的小單元，即有限元車架模型。4.5 Booleans運(yùn)算對(duì)于Pro/E中裝配的實(shí)體模型，往往會(huì)認(rèn)

55、為裝配體中的各個(gè)零件已經(jīng)全部約束，所以將裝配體模型導(dǎo)入ANSYS后，很多人不進(jìn)行Booleans運(yùn)算就劃分網(wǎng)格、求解等操作，這樣就會(huì)出現(xiàn)非常失真的結(jié)果，有些零件受力后根本就沒有發(fā)生變化，甚至由于求出的結(jié)果跟實(shí)際值差不太多而沒有發(fā)現(xiàn)自己的失誤等等情況。下面結(jié)合車架的一部分組件來分別說明這些情況，圖4.18為車架左縱梁部分，該部分由彈簧板支架和縱梁組成，縱梁部分有兩層，分別為內(nèi)縱梁和外縱梁，如圖4.19所示，這些零件都是在Pro/E中裝配而成。定義過屬性和劃分網(wǎng)格后，由于施加約束的位置不同將出現(xiàn)上面提到的兩種問題，所以這里分兩種情況分別討論。(1 在彈簧板支架附近的外縱梁上施加約束，約束這四處的所有自由度。(2 在彈簧板支架上施加約束，約束這四處的所有自由度。未進(jìn)行Booleans運(yùn)算的分析結(jié)果在彈簧板支架附近的外縱梁上施加約束，約束這四處的所有自由度施加約束并在外縱梁上翼緣的中部施加一集中力載荷后的有限元模型如圖4.20所示。為了比較清楚的查看并對(duì)比各個(gè)零件的變形情況，現(xiàn)分別將內(nèi)外縱梁、彈簧板支架的變形及節(jié)點(diǎn)應(yīng)力等值線圖分別列于圖4.214.25 。圖4.18 車架左縱梁及附屬件模型圖4.19 車架左縱梁的組成圖4.20定義過載荷和約束的車架左縱梁圖4.